【摘 要】
:
阻燃环氧树脂复合材料地开发和使用为环氧树脂(EP)在军民生产生活的广泛应用提供了安全保障。其裂解/燃烧产物和微观反应机理对于研究体系阻燃机理和实际应用具有重要意义。在实验裂解/燃烧过程,产物检测存在二次反应或低于检测限,造成自由基和最终产物统计不完全。反应分子动力学(Reax FF)方法将分子模拟与可描述成断键过程的化学反应力场相结合,为从微观角度研究复杂热解阻燃机制提供了解决方案。基于此,本文采
论文部分内容阅读
阻燃环氧树脂复合材料地开发和使用为环氧树脂(EP)在军民生产生活的广泛应用提供了安全保障。其裂解/燃烧产物和微观反应机理对于研究体系阻燃机理和实际应用具有重要意义。在实验裂解/燃烧过程,产物检测存在二次反应或低于检测限,造成自由基和最终产物统计不完全。反应分子动力学(Reax FF)方法将分子模拟与可描述成断键过程的化学反应力场相结合,为从微观角度研究复杂热解阻燃机制提供了解决方案。基于此,本文采用Reax FF方法从分子水平上研究了含磷阻燃剂阻燃EP的热解过程,探讨不同温度条件影响树脂热解和燃烧产物分布的规律,并从微观上解释EP的微观分解机理。主要内容如下:(1)制备EP样品,并对其热失重(TG)曲线进行了分析。构建合理的交联EP和EP/六-(5-甲基-2-吡啶氧基)-环三磷腈(EP/HMPOP)模型,采用Reax FF模拟方法研究500-3500 K温度下EP和EP/HMPOP的热解过程,包括初始反应路径、主要产物、热解和阻燃机理。EP在不同温度下的C40+质量分数拟合曲线与TG数据非常吻合。EP和EP/HMPOP热解会释放出H2O、CO、CH2O和C2H4等小分子气体,其活化能分别为141.72 k J/mol和116.4 k J/mol,EP/HMPOP的热解反应更容易在较低温度下发生,与报道结果一致。EP的分解是由含有氮或氧原子的键断裂引发的,HMPOP分子并不参与EP的初始分解过程,但HMPOP会裂解生成P·和N·捕捉EP体系的自由基(如H·和含氧片段),增加残炭并抑制EP的进一步分解。HMPOP减少C0-C4片段和CH2O等有害气体的数量。(2)研究化学计量、贫燃料和富燃料条件以及不同温度对EP及EP/HMPOP的燃烧特性影响,分析了O2参与树脂分解的途径以及对小分子产物的分布影响规律。O2浓度对反应速率的影响程度明显弱于温度带来的影响。化学计量和贫燃料条件下,体系内90%以上质量被小分子气体占据,C40+的数量很少,而富燃料条件的燃烧产物会因燃烧不充分而增加。O2并未第一时间参与到EP的初始裂解反应中,但后续反应中会与EP裂解的片段发生反应,并直接促进了C1和C2产物的生成。O2的参与还导致体系活化能降低,使得燃烧反应比裂解反应更容易发生。在贫燃料条件下,HMPOP阻燃效果不明显,仅对C1产物的转化有一定影响。H2O的数量会与体系内的HO2·、O·发生反应而降低。(3)基于Reax FF方法分别研究了磷酸酯类(季戊四醇磷酸酯,PEPA),无机类(聚磷酸铵,APP)以及膦菲类(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物,DOPO)阻燃剂对EP的裂解和阻燃特性。在相同含磷量条件下,不同类型的含磷阻燃剂表现出不同的阻燃效果。APP、PEPA和DOPO的分解分别是由N-O、P-O以及P-H键断裂引发。添加磷阻燃剂可以有效减少CH2O和CO等有害气体的释放,P元素在热解过程中会偏向生成PO3、PO4或是复杂的P-O-P-O结构,这些结构与碳片段连接形成以P元素为核心的残炭结构。在EP/APP体系内发现了少量的NH2·、NH3、NO、N2产物,这些会在热解反应过程中稀释可燃气体分子从而达到阻燃效果。
其他文献
在互联网技术不断发展、信息化进程不断深化的背景下,数字化校园系统在高校发展中发挥着越来越不可或缺的作用。作为数字校园的的重要组成部分,线上选课系统基本上已经取代了人工线下选课的方式,不仅方便了师生,而且节省了大量的人力物力成本,为学校的统一管理带来了便利。在集中选课过程中,大量学生对同一热门课程发起选课请求,容易造成服务响应慢,甚至服务器宕机等问题,十分影响学生的使用体验。因此,为解决以上由高并发
二氮唑类富氮含能化合物不仅具有优异的爆轰性能,而且通常具有较低的感度和良好的热稳定性,受到国内外学者的广泛关注。本文利用量子化学和分子动力学方法,研究了3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)、2,4-二硝基咪唑(2,4-DNI)、1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑(MTNI)以及CL-20/MDNI共晶在高温下热分解机理。得到了二氮唑类含能材料的初始分解路径,发现了其具有良好热稳定性的内在原因。此
拔销器是一种将电发火管与机械运动机构巧妙地结合成一体的新型机械做功型驱动类火工装置,具有体积小、重量轻、安全可靠等特点,现已广泛应用于航空航天、水下解锁装置。随着未来战场环境的愈加严峻,灵巧性与隐蔽性势必会成为未来战场的重要影响因素,而传统活塞式拔销器在拔销过程中利用装药产生的高压气体切断薄弱环节使活塞做功,在切断薄弱环节时往往会产生较大的噪声和冲击,所以增大了某些设备使用过程中被侦测的概率,为避
炸药高能化是重要的需求和发展方向,奥克托金(HMX)在当前的趋势下具有明显的优势。但是,由于其感度过高,在撞击、摩擦、静电火花以及热冲击等意外刺激作用下,极易发生爆炸,限制了其在实际应用中的发展。因此,消除安全隐患是十分必要的,本文以提高HMX的安全性为主要研究方向。以β-HMX为研究对象,利用超声辅助喷雾细化技术制备粒径在1~10μm之间的晶体。采用水悬浮造粒法制备了HMX-E(HMX/Esta
冲击片雷管因其本质安全性高、对复杂的外部环境具有强的抵抗能力被广泛的关注。但由于其起爆阈值高、价格高并且其起爆系统体积大,使得其仅在高价值武器中推广应用,制约了其在常规武器系统中的运用。因此本文设计了一种低发火能量、高集成度的微型冲击片雷管,并对其性能进行了研究。(1)运用MEMS技术和传统工艺相结合的方法制备了一种微型冲击片雷管(直径2.5mm,高度为4.9mm(不含脚线)),将换能元(基板、金
硝酸铵(AN)和高氯酸铵(AP)是两种重要的氧化剂,它们广泛应用于推进剂、工业炸药和火工烟火药剂中。随着推进技术的发展,对其提出了高燃速的要求。研究表明,降低固体氧化剂的粒径能明显改善固体推进剂的燃烧性能。为了降低AN和AP的粒径,使其颗粒尺寸达到纳米级,从而进一步提高AN和AP性能。本文采用低温喷射冻干法成功制备了纳米AN和纳米AP,并对制备出的纳米AN和纳米AP的化学纯度、晶型结构、热分解性能
本论文基于低附带毁伤弹药(LCD)的毁伤原理,在分装式低附带毁伤弹药战斗部的重金属颗粒嵌层中添加一定配方的活性材料,在炸药爆炸驱动下活性材料发生剧烈的化学反应,生成大量气体与热量,形成一定范围内的高温高压场,进而产生更高效的综合破坏效果,增强战斗部毁伤能力。除增强毁伤能力外,活性嵌层材料的使用,还可以兼顾嵌层中小尺寸的重金属颗粒毁伤元不被烧结,达到控制飞散效果、限制毁伤范围的特殊效果。为保证嵌层在
本论文对实验室新建的单脉冲激波管实验系统进行了调试和优化。主要对原有的破膜方式进行了改进,将手动针刺破膜改为了气动针刺破膜;新设计了一套超快速采样装置,将单脉冲激波管与一台配备氢火焰离子化检测器和热导检测器的气相色谱(Agilent 7820A)进行了耦连,实现了对裂解产物中低碳数物质的定性和定量分析。最后,为了验证该单脉冲激波管实验系统的可靠性,选择环己烯为研究对象,开展了环己烯高温裂特性解实验
石墨烯由于其独特的结构和优异的性能,使其在诸多领域具有非常广泛的应用前景,已成为当今新材料领域的研究热点。随着石墨烯应用领域的不断拓展,对高质量石墨烯的需求将越来越大,如何高产能、低成本制备高品质石墨烯仍是石墨烯产业化面临的挑战。本文采用气体爆炸法剥离石墨成功制备得到了石墨烯样品,并研究了各种因素对石墨烯产率和厚度的影响规律。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子
伴随着现代化战争战场的改变,侵彻武器的重要性与日俱增。侵彻武器威力大小的一个关键因素就是侵彻战斗部的能力。因此提高侵彻战斗部能力是迫切需要的,其中一个重要的指标是侵彻战斗部装药的安定性。因为侵彻武器在侵彻现实重要军事重要目标时,战斗部去承受巨大的阻力与复杂残酷的应力变化。在此过程中,有可能会造成战斗部装药的损伤与失效,因此对于战斗部装药的安定性分析与研究是极其重要的。因此战斗部的结构设计、装药自身